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MATERIALI METALLICI - ALLUMINIO, MAGNESIO, TITANIO

tecnologia


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MATERIALI METALLICI


I materiali metallici si distinguono in ferrosi e non ferrosi. Ferrosi sono la ghisa e l'acciaio, mentre non ferrosi sono l'alluminio, il rame, il titanio, il magnese ecc. I metalli non ferrosi possono essere leggeri(alluminio, magnesio e le leghe) o pesanti(tutti i metalli che superano la massa volumica di 3kg/dm cubo).

MATERIALI METALLICI NON FERROSI:

ALLUMINIO:questo materiale non si trova in natura ma è prodotto con un lungo processo chimico(viene ricavato principalmente dalla bauxite scoperta nel 1821). Si ricava tramite un tipo di processo meccanico e fisico e poi chimico e elettronico. Questo materiale fu impiegato per la prima volta circa 30-40 anni fa. La produzione dell'alluminio avviene in 2 fasi:estrazione dell'allumina dalla bauxite e produzione dell'alluminio con procedimento elettrolitico. Le sue proprietà sono:la leggerezza e purezza,ps molto inferiore al ferro, alta conduttività termica e elettrica, insensibilità agli agenti atmosferici, buona plasticità sia a caldo c 424j95e he a freddo, buona fusibilità. Le proprietà dell'alluminio migliorano con l'aggiunta di altri elementi di lega,anche in percentuali basse. È impiegato per la costruzione di impianti elettronici, coperture, radiatori, impiantistica, radiatori, pellicola. Con l'alluminio si ottengono leghe leggere(con massa volumica inferiore a 3,4kg/dm cubo),formate da vari metalli come rame, silicio, zinco e manganese. Le leghe dell'alluminio possono essere per getti o per lavorazione plastica. Per getti quando il materiale viene fuso e versato in stampi, per lavorazione plastica quando viene ridotto in lamine e poi pressato.



Produzione:

1 frantumazione e cottura

2 reazione chimica con sostanze particolari

3 ricottura(da cui otteniamo l'allumina)

4 processo elettrolitico per produrre alluminio

5 ricottura e colato in pani  

RAME:viene estratto da materiali molto diffusi in natura come la cuprite,la calcopirite e la calcocite e per questo motivo è stato utilizzato fin dall'antichità. Le sue proprietà sono:ottima conduttività termica e elettrica, resistenza alla corrosione e agli agenti atmosferici, molto duttile e malleabile, scarsa col abilità, può subire lavorazioni plastiche con ottimi risultati. Il rame ha numerosissimi impieghi nell'industria elettrotecnica, elettronica, meccanica ed edilizia. Forma leghe con vari metalli tra cui zinco, stagno, alluminio, nichel, piombo. Questo tipo di leghe deve contenere almeno il 50% di rame,ma le più importanti sono 2:ottoni e bronzi. Gli ottoni sono leghe di rame e zinco(con il rame che varia dal 55% all'80%)sono resistenti alla corrosione,facilmente lavorabili, aumentano la durezza, aumento della colabilità, aumento della resistenza meccanica. Sono impiegati nelle costruzioni navali, nell'arredamento grazie alla buona resistenza alla corrosione. I bronzi sono leghe di rame e stagno e ne conosciamo 2 tipi:bronzi comuni e bronzi speciali(oltre a rame e stagno sono presenti altri elementi). Sono resistenti alla corrosione, ottimamente colabili, sono adatti a lavorazioni plastiche e alla sinterizzazione. Con questi si producono le campane, rubinetti, valvole, fili, lamiere e boccole. Oltre agli ottoni e ai bronzi, il rame da origine ad altri tipi di leghe che sono:le alpacche(rame+zinco+nichel), i cuprallumini(rame+alluminio), bronzi al nichel(rame+nichel).

MAGNESIO:è il metallo più leggero ed ha un bassissimo punto di fusione. È un metallo che si trova facilmente in natura. Le sue proprietà sono quella di essere polverizzato, ridotto in fili, può essere lavorato per fusione, ha una bassa conduttività elettrica e delle scarse proprietà meccaniche. Viene usato principalmente in elettrotecnica e in fonderia dove da origine a numerose leghe(con un ps minore di 1,85kg/dm cubo), con l'alluminio, lo zinco e il manganese. Viene impiegato per la produzione di elettrodomestici, cerchioni in lega, carter per motori e in costruzioni aeronautiche.

TITANIO:è un metallo molto raro in natura, quindi, sia il metallo che il processo di produzione costano molto. Viene ricavato da 2 ossidi:il rutilo e l'ilmenite. È meno spesso e più leggero dell'acciaio(ps 8kg/dm cubo). Le sue proprietà sono: la resistenza alla corrosione e alla trazione ed è lavorabile alle macchine utensili. È impiegato nelle costruzioni aeronautiche, missilistiche, aerospaziali ma è impiegato anche nell'industria chimica. Forma leghe con alluminio, stagno, vanadio, cromo, molibdeno, stronzio, zirconio. Queste vengono impiegate per la costruzione di protesi ossee, nell'industria aeronautica e aerospaziale e nell'industria meccanica.


MATERIALI SINTERIZZATI:

I materiali sinterizzati sono materiali ottenuti dall'agglomerazione ad alta temperatura di miscele di polveri, metalliche e non metalliche,gia compattate in piccole forme per mezzo di alte pressioni. La metallurgia delle polveri è quindi un processo fisico-meccanico che si compone di tre fasi:

  • Polverizzazione
  • Pressatura o compattazione
  • Sinterizzazione(pressione ad alta temperatura)

Polverizzazione:

1 frantumazione con il mulino

2 atomizzazione(granuli a millesimo di millimetro)

Pressatura o compattazione:si uniscono più tipi di polveri per ottenere leghe, si introducono in uno stampo e alla fine si pressano eliminando i vuoti tra un grano e l'altro.

Sinterizzazione:si sottopone a riscaldamento materiale gia pressato, con la temperatura massima di riscaldamento che deve essere inferiore alla temperatura di fusione del materiale principale. Con questo metodo possiamo ottenere sia dei vantaggi che degli svantaggi:possiamo costruire oggetti piccoli e di forma complessa,possiamo ottenere una buona precisione dimensionale, e anche delle buone proprietà meccaniche, ma non possiamo costruire oggetti di grandi dimensioni e abbiamo un costo elevato degli stampi e degli impianti.




MATERIE PLASTICHE:

Sono materiali che non si trovano in natura ma si ottengono con lunghi e complessi procedimenti chimici(derivano cioè dalla combinazione chimica di elementi).si ottiene grazie al polimero(materiale di origine sintetica). Queste materie possono essere ottenute con 2 procedimenti:la condensazione e la polimerizzazione. Le proprietà di questa materie sono molte:la leggerezza, le ottime capacità di isolamento termico ed elettrico, la resistenza agl'urti e l'anticorrosione. Queste materie hanno però anche dei svantaggi come la temperatura di fusione bassissima e la bassa resistenza meccanica. Ci sono 2 tipi di materie plastiche:termoplastiche e termoindurenti. Le termoplastiche sono quelle che subiscono il ciclo di riscaldamento e raffreddamento infinite volte(possono essere riciclate). Sono resine termoplastiche l'ABS,il polietilene, il polipropilene, polistirene,il polivincloruro ecc. Le termoindurenti sono quelle che subiscono il ciclo di riscaldamento e raffreddamento una sola volta e quindi non possono essere riciclate. Sono resine termoindurenti il poliestere, le resine mellaminiche, le resine epossidiche ecc. Le fasi di lavorazione delle materie plastiche sono 4:lo stampaggio, l'estrusione, la termoformatura e la laminazione o calandratura(cioè la costruzione di pellicole). Dopo ogni lavorazione deve avvenire un lento raffreddamento(più il materiale è spesso è più la fase di raffreddamento deve essere lenta).


MATERIALI COMPOSITI:

Sono dei materiali formati da più elementi legati tra loro e con caratteristiche diverse. I componenti di questi materiali vengono chiamati matrice e whiskers. La matrice è il componente che lega e che unisce(di solito sono sostanze plastiche, ceramiche o metalliche), mentre il whiskers è il materiale ridotto sotto forma di fili o schegge. Questi materiali sono molto importanti perché hanno fatto fare un salto di qualità ai materiali e ai metodi di produzione. Hanno ottime proprietà meccaniche e si possono costruire materiali su misura ma purtroppo hanno anche un elevato costo. Le proprietà di questi materiali sono:la buona resistenza meccanica, la leggerezza, una buona resistenza all'usura, una buona durezza e anche un ottimo aspetto estetico. Vengono utilizzati nell'industria automobilistica(carrozzeria, motori a scoppio, dischi freni), nell'industria aeronautica(carrelli di atterraggio, parti ali), in quella sportiva(canoe, racchette da tennis, scii da fondo), nell'industria bellica(armi leggere e giubbotti anti-proiettile)e nell'industria meccanica(oggetti molto sollecitati dove viene applicata una grande forza).


PRODUZIONE DELL'ACCIAO:

L'acciaio è una lega ferro carbonio e può essere ricavato da 2 tipi di processo di affinazione:da materiali di recupero, cioè da rottami di ferro, o dalla ghisa. Si possono utilizzare 2 processi per ricavare l'acciaio dalla ghisa:il metodo al convertitore(grazie all'ossigeno la ghisa viene convertita in acciaio)e con il metodo al forno elettrico(i rottami di ferro e ghisa vengono messi nell'alto forno e trasformati in acciaio).

Metodo al convertitore:

1 si inclina orizzontalmente il convertitore

2 inseriamo la ghisa

3 si inizia a soffiare ossigeno all'interno attraverso gli ugelli posti sul fondo del convertitore

4 si raddrizza il convertitore

5 si continua ad immettere ossigeno fino ad ottenere le % di carbonio desiderata

6 si inclina di nuovo il convertitore e si versa l'acciaio nella siviera pronto per essere utilizzato

Metodo del forno elettrico:

1 si carica la ghisa più i rottami di ferro

2 si abbassano gli elettrodi

3 si aggiunge al bagno liquido eventuali altri elementi(o per rendere più puro l'acciaio o per la produzione di acciai speciali)

4 si versa l'acciaio in siviera

Da questi due procedimenti otteniamo 2 tipi di acciaio:acciaio economico(per uso corrente)e acciaio economico.






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